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CN112455418A - 一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统及其控制方法 - Google Patents

一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统及其控制方法 Download PDF

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CN112455418A
CN112455418A CN202011354894.6A CN202011354894A CN112455418A CN 112455418 A CN112455418 A CN 112455418A CN 202011354894 A CN202011354894 A CN 202011354894A CN 112455418 A CN112455418 A CN 112455418A
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刘显贵
王晖年
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Abstract

本发明公开了一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统及其控制方法，属于叉车节能技术领域，包括中央控制单元、发动机、车速传感器、转速传感器和压力传感器，所述车速传感器、所述转速传感器、所述压力传感器与所述中央控制单元输入端相连，所述发动机输入端与所述中央控制单元输出端相连。本发明的有益效果是：传感器将实时检测车速和外负载的变化，并将检测信号传输给中央控制单元，中央控制单元根据信号将叉车运行工况状态分为前进、后退、货物举升、货物下降四种，按运行工况采用不同的发动机输出模式，综合考虑了叉车整体功率需求，避免能量浪费，有更高的效率。

Description

一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统及其控制方法
技术领域
本发明属于叉车节能技术领域，具体而言，涉及一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统及其控制方法。
背景技术
叉车是一种工业搬运车辆，应用于港口、车站、工厂车间和配送中心等场所，并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、搬运作业。用户在选择和购买叉车时主要希望用最少的使用成本达到最大的工作效率，因此，减少叉车在工作中的油耗具有重要意义。叉车具有在运行过程中需频繁举升与下降、频繁启动与停车以及搬运负载质量大的特点。
现有技术中，发动机的功率转速输出主要基于动力传动系统间的动力匹配或液压系统的功率需求，没有综合考虑叉车整体功率消耗。叉车在不同的工况下对于发动机的功率、扭矩需求有巨大的差异。由发动机的万有特性和调速特性可知，发动机在每个工况都对应着最佳节能工作点和最大功率点，由于叉车工况的多变性，使整车的功率需求发生巨大变化，现有技术中叉车发动机没有结合不同运行工况综合考虑整体功率消耗，发动机时常偏离最佳节能点和最大功率点造成发动机输出和动力传动系统及液压系统的不匹配，引起能量损失，增大油耗和排放。
发明内容
针对现有技术中叉车发动机没有结合不同运行工况综合考虑整体功率消耗，发动机时常偏离最佳节能点和最大功率点造成发动机输出和动力传动系统及液压系统的不匹配，引起能量损失，增大油耗和排放的问题，本发明提供了一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统包括中央控制单元、发动机、车速传感器、转速传感器和压力传感器，所述车速传感器、所述转速传感器、所述压力传感器与所述中央控制单元输入端相连，所述发动机输入端与所述中央控制单元输出端相连。
优选的，所述发动机输入端与所述中央控制单元输出端之间通过转速调整装置连接。
优选的，还包括用于控制叉车前进后退的传动系统和用于控制叉车举升的液压系统，所述传动系统输入端、所述液压系统输入端与所述发动机输出端相连。
优选的，所述液压系统输出端与所述压力传感器输入端相连；所述传动系统输出端与所述车速传感器输入端连接，所述转速传感器输入端与所述发动机输出端相连。
优选的，所述中央控制单元输入端设有用于对参数进行设定的参数设定端口。
优选的，所述中央控制单元控制所述发动机的功率根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure BDA0002802327550000021
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure BDA0002802327550000022
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统需要提供的功率为
Figure BDA0002802327550000023
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
本发明还提供了一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，安装在车轮上的车速传感器采集车速信号，压力传感器测量叉车液压系统的液压压力，转速传感器检测发动机的转速，分别将信号传送给中央控制单元；
步骤二，中央控制单元识别叉车的运行工况，并根据不同工况条件下制定的燃油节能方案得到发动机的输出功率；
步骤三，根据发动机的输出功率对应的等功能曲线，对照发动机万能特性曲线，找到最省油的点，确定发动机的转速和转矩，并将信号传递给发动机。
优选的，所述燃油节能方案根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure BDA0002802327550000024
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure BDA0002802327550000031
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统需要提供的功率为
Figure BDA0002802327550000032
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
优选的，步骤三中，根据发动机转速传感器反馈的当前实际转速大小进行转速PID闭环控制调节。
故内燃叉车通过设置本发明的内燃叉车自动驾驶节能辅助系统可实现：叉车在行驶和作业过程中，传感器将实时检测车速和外负载的变化，并将检测信号传输给中央控制单元，中央控制单元根据信号将叉车运行工况状态分为前进、后退、货物举升、货物下降四种，根据不同的运行状态通过中央控制单元调整发动机转速及输出功率模式，其中前进及货物举升工况为中、重载模式，货物下降及后退工况为轻载模式；当检测到叉车处于行驶状态时依据发动机的最佳油耗曲线，中央控制单元根据发动机与传动系统的匹配及负载压力，计算出发动机转速；检测到叉车处于货物举升下降工况时依据发动机的最佳油耗曲线，按照系统的工况，中央控制单元根据负载压力和发动机功率匹配的关系，计算出发动机的转速；中央控制单元发送信号给转速调整装置，转速调整装置直接作用于发动机的油门从而控制发动机的转速，并根据发动机转速传感器反馈的当前实际转速大小进行转速PID闭环控制调节，使转速与设定转速一致；在不同工况下，通过发动机与传动系统及液压系统之间的合理匹配，使发动机工作在节能效果突出的转速范围内，提高功率利用率和整机效率，达到较好的节能效果。
有益效果：
采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
(1)传感器将实时检测车速和外负载的变化，并将检测信号传输给中央控制单元，中央控制单元根据信号将叉车运行工况状态分为前进、后退、货物举升、货物下降四种，根据不同的运行状态通过中央控制单元调整发动机转速及输出功率模式，综合考虑了叉车整体功率需求，避免能量浪费，有更高的效率；不同的发动机输出功率模式既能保证叉车对前进、货物举升工况的能量需求，又在货物下降、后退的低能量需求工况下节省能耗。
(2)在不同工况下，通过发动机与传动系统及液压系统之间的合理匹配，避免空载或低载荷时出现大功率、低负荷的情况，使发动机工作在节能效果突出的转速范围内，提高功率利用率和整机效率，达到较好的节能效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的内燃叉车自动驾驶节能辅助系统流程示意图。
图中：
1-中央控制单元；2-发动机；3-车速传感器；
4-转速传感器；5-压力传感器；6-转速调整装置；
7-传动系统；8-液压系统；9-参数设定端口。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统包括中央控制单元1、发动机2、车速传感器3、转速传感器4和压力传感器5，所述车速传感器3、所述转速传感器4、所述压力传感器5与所述中央控制单元1输入端相连，所述发动机2输入端与所述中央控制单元1输出端相连。
作为一种优选的实施方式，所述发动机2输入端与所述中央控制单元1输出端之间通过转速调整装置6连接。
作为一种优选的实施方式，还包括用于控制叉车前进后退的传动系统7和用于控制叉车举升的液压系统8，所述传动系统7输入端、所述液压系统8输入端与所述发动机2输出端相连。
作为一种优选的实施方式，所述液压系统8输出端与所述压力传感器5输入端相连；所述传动系统7输出端与所述车速传感器3输入端连接，所述转速传感器4输入端与所述发动机2输出端相连。
作为一种优选的实施方式，所述中央控制单元1输入端设有用于对参数进行设定的参数设定端口9。
作为一种优选的实施方式，所述中央控制单元1控制所述发动机2的功率根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure BDA0002802327550000051
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure BDA0002802327550000052
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统8需要提供的功率为
Figure BDA0002802327550000053
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
本实施方式还提供了一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，安装在车轮上的车速传感器3采集车速信号，压力传感器5测量叉车液压系统8的液压压力，转速传感器4检测发动机2的转速，分别将信号传送给中央控制单元1；
步骤二，中央控制单元1识别叉车的运行工况，并根据不同工况条件下制定的燃油节能方案得到发动机2的输出功率；
步骤三，根据发动机2的输出功率对应的等功能曲线，对照发动机2万能特性曲线，找到最省油的点，确定发动机2的转速和转矩，并将信号传递给发动机2。
作为一种优选的实施方式，所述燃油节能方案根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure BDA0002802327550000061
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure BDA0002802327550000062
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统8需要提供的功率为
Figure BDA0002802327550000063
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
作为一种优选的实施方式，步骤三中，根据发动机2转速传感器4反馈的当前实际转速大小进行转速PID闭环控制调节。
故内燃叉车通过设置本发明的内燃叉车自动驾驶节能辅助系统可实现：叉车在行驶和作业过程中，传感器将实时检测车速和外负载的变化，并将检测信号传输给中央控制单元1，中央控制单元1根据信号将叉车运行工况状态分为前进、后退、货物举升、货物下降四种，根据不同的运行状态通过中央控制单元1调整发动机2转速及输出功率模式，其中前进及货物举升工况为中、重载模式，货物下降及后退工况为轻载模式；当检测到叉车处于行驶状态时依据发动机2的最佳油耗曲线，中央控制单元1根据发动机2与传动系统7的匹配及负载压力，计算出发动机2转速；检测到叉车处于货物举升下降工况时依据发动机2的最佳油耗曲线，按照系统的工况，中央控制单元1根据负载压力和发动机2功率匹配的关系，计算出发动机2的转速；中央控制单元1发送信号给转速调整装置6，转速调整装置6直接作用于发动机2的油门从而控制发动机2的转速，并根据发动机2转速传感器4反馈的当前实际转速大小进行转速PID闭环控制调节，使转速与设定转速一致；在不同工况下，通过发动机2与传动系统7及液压系统8之间的合理匹配，使发动机2工作在节能效果突出的转速范围内，提高功率利用率和整机效率，达到较好的节能效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，包括中央控制单元、发动机、车速传感器、转速传感器和压力传感器，所述车速传感器、所述转速传感器、所述压力传感器与所述中央控制单元输入端相连，所述发动机输入端与所述中央控制单元输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，所述发动机输入端与所述中央控制单元输出端之间通过转速调整装置连接。
3.根据权利要求2所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，还包括用于控制叉车前进后退的传动系统和用于控制叉车举升的液压系统，所述传动系统输入端、所述液压系统输入端与所述发动机输出端相连。
4.根据权利要求3所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，所述液压系统输出端与所述压力传感器输入端相连；所述传动系统输出端与所述车速传感器输入端连接，所述转速传感器输入端与所述发动机输出端相连。
5.根据权利要求4所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，所述中央控制单元输入端设有用于对参数进行设定的参数设定端口。
6.根据权利要求5所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，所述中央控制单元控制所述发动机的功率根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure FDA0002802327540000011
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure FDA0002802327540000012
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统需要提供的功率为
Figure FDA0002802327540000013
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
7.一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，安装在车轮上的车速传感器采集车速信号，压力传感器测量叉车液压系统的液压压力，转速传感器检测发动机的转速，分别将信号传送给中央控制单元；
步骤二，中央控制单元识别叉车的运行工况，并根据不同工况条件下制定的燃油节能方案得到发动机的输出功率；
步骤三，根据发动机的输出功率对应的等功能曲线，对照发动机万能特性曲线，找到最省油的点，确定发动机的转速和转矩，并将信号传递给发动机。
8.根据权利要求7所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，所述燃油节能方案根据不同工况采用两种公式得到，其中叉车前进后退工况功率平衡公式：
Figure FDA0002802327540000021
式中：P为叉车行驶需求功率；ηt为传动系统效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为风阻系数；A为迎风面积；δ为旋转质量换算系数；
Figure FDA0002802327540000022
为加速度；v为车速；
当叉车在举升工况时，液压系统需要提供的功率为
Figure FDA0002802327540000023
式中：P1为带载起升时液压泵所需功率；m2为载荷质量；m3为货架货叉质量；m4为内门架质量；v3为起升速度；η2为起升系统效率。
9.根据权利要求8所述的一种内燃叉车自动驾驶节能辅助系统，其特征在于，步骤三中，根据发动机转速传感器反馈的当前实际转速大小进行转速PID闭环控制调节。
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